Студопедия
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
|
Модуль II: Метаболизм углеводов.
1. Углеводы пищи, животного и растительного происхождения: нормы и принципы нормирования их суточной потребности. В пище человека в основном содержатся полисахариды — крахмал, целлюлоза (растений), в меньшем количестве - гликоген (животных). Источником сахарозы служат растения, особенно сахарная свёкла, сахарный тростник. Лактоза поступает с молоком млекопитающих (в коровьем молоке до 5% лактозы, в женском молоке — до 8%). Фрукты, мёд, соки содержат небольшое количество глюкозы и фруктозы. Мальтоза есть в солоде, пиве. Углеводы пищи являются для организма человека в основном источником моносахаридов, преимущественно глюкозы. Некоторые полисахариды: целлюлоза, пектиновые вещества, декстраны, у человека практически не перевариваются, в ЖКТ они выполняют функцию сорбента (выводят холестерин, желчные кислоты, токсины), необходимы для стимуляции перистальтики кишечника и формирования нормальной микрофлоры.Углеводы — обязательный компонент пищи, они составляют 75% массы пищевого рациона и дают более 50% необходимых калорий. У взрослого человека суточная потребность в углеводах 400г/сут, в целлюлозе и пектине до 10-15 г/сут. Рекомендуется употреблять в пищу больше сложных полисахаридов и меньше моносахаров.2. Механизмы переваривания и всасывания углеводов. Характеристика и действие ферментов участвующих в полостном и пристеночном пищеварении. Механизмы всасывания углеводов (диффузия, облегченный и активный транспорт). В ротовой полости пища измельчается при пережёвывании и смачивается слюной. Слюна состоит на 99% из воды. В слюне присутствует эндогликозидаза α-амилаза, расщепляющая в крахмале внутренние α-1,4-гликозидные связи с образованием крупных фрагментов — декстринов и небольшого количества мальтозы и изомальтозы. В желудке. Действие амилазы слюны прекращается в кислой среде содержимого желудка. Желудочный сок не содержит ферментов, расщепляющих углеводы, в нем возможен лишь незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей. В двенадцатиперстной кишке кислое содержимое желудка нейтрализуется соком поджелудочной железы (рН 7,5—8,0 за счет бикарбонатов). С соком поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая α-амилаза. Эта эндогликозидаза гидролизует внутренние α-1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах с образованием мальтозы, изомальтозы и олигосахаридов. Переваривание мальтозы, изомальтозы и олигосахаридов происходит под действием специфических ферментов - экзогликозидаз, образующих ферментативные комплексы. Сахаразо-изомальтазный комплекс, гликоамилазный комплекс, β-гликозидазный комплекс, трегалаза гликозидазный комплекс. Эти комплексы находятся на поверхности эпителиальных клеток тонкого кишечника и осуществляют пристеночное пищеварение. Переваривание углеводов заканчивается образованием моносахаридов – в основном глюкозы, меньше образуется фруктозы и галактозы, еще меньше – маннозы, ксилозы и арабинозы. Моносахариды всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок. Транспорт моносахаридов в клетки слизистой оболочки кишечника может осуществляться путём диффузии (рибоза, ксилоза, арабиноза), облегчённой диффузии с помощью белков переносчиков (фруктоза, галактоза, глюкоза), и путем вторично-активного транспорта (галактоза, глюкоза). При низкой концентрации глюкозы в просвете кишечника она транспортируется в энтероцит только активным транспортом, при высокой концентрации активным транспортом и облегчённой диффузией. Скорость всасывания: галактоза > глюкоза > фруктоза > другие моносахариды. Моносахариды выходят из энтероцитов в направлении кровеносного капилляра с помощью облегченной диффузии через белки-переносчики.3. Нарушение переваривания и всасывания углеводов. Недостаточное переваривание и всасывание переваренных продуктов называют мальабсорбцией. В основе мальабсорбции углеводов могут быть причины двух типов:1). Наследственные и приобретенные дефекты ферментов, участвующих в переваривании. Известны наследственные дефекты лактазы, α-амилазы, сахаразно-изомальтазного комплек-са. Без лечения эти патологии сопровождаются хроническим дисбактериозом и нарушениями физического развития ребёнка.Приобретённые нарушения переваривания могут наблюдаться при кишечных заболеваниях, (гастритах, колитах, энтеритах, после операций на ЖКТ).Дефицит лактазы у взрослых людей может быть связан со снижением экспрессии гена лактазы, что проявляться непереносимостью молока - наблюдается рвота, диарея, спазмы и боли в животе, метеоризм. 2). Нарушение всасывания моносахаридов в кишечнике. Нарушения всасывания могут быть следствием дефекта какого-либо компонента, участвующего в системе транспорта моносахаридов через мембрану. Описаны патологии, связанные с дефектом натрийзависимого белка переносчика глюкозы.Синдром мальабсорбции сопровождается осмотической диареей, усилением перистальтики, спазмами, болями, а также метеоризмом. Диарею вызывают нерасщеплённые дисахариды или невсосавшиеся моносахариды в дистальных отделах кишечника, а также органические кислоты, образованные микроорганизмами при неполном расщеплении углеводов.4. Пути поступления и превращения углеводов в тканях организма. Транспортёры глюкозы. Ключевая роль глюкозо-6-фосфата во внутриклеточном углеводном обмене. Роль глюкокиназы и гексокиназы.Глюкоза поступает из кровотока в клетки путём облегчённой диффузии с помощью белков-переносчиков - ГЛЮТов. Глюкозные транспортёры ГЛЮТы имеют доменную организацию и обнаружены во всех тканях. Выделяют 5 типов ГЛЮТов:• ГЛЮТ-1 - преимущественно в мозге, плаценте, почках, толстом кишечнике;• ГЛЮТ-2 - преимущественно в печени, почках, β-клетках поджелудочной железы, энте-роцитах, есть в эритроцитах. Имеет высокую Км;• ГЛЮТ-3 - во многих тканях, включая мозг, плаценту, почки. Обладает большим, чем ГЛЮТ-1, сродством к глюкозе;• ГЛЮТ-4 - инсулинзависимый, в мышцах (скелетной, сердечной), жировой ткани;• ГЛЮТ-5 - много в клетках тонкого кишечника, является переносчиком фруктозы. ГЛЮТы, в зависимости от типа, могут находиться преимущественно как в плазматической мембране, так и в цитозольных везикулах. Трансмембранный перенос глюкозы происходит только тогда, когда ГЛЮТы находятся в плазматической мембране. Встраивание ГЛЮТов в мембрану из цитозольных везикул происходит под действием инсулина. При снижении кон-центрации инсулина в крови эти ГЛЮТы снова перемещаются в цитоплазму.В клетках глюкоза и другие моносахариды с использованием АТФ фосфорилируются до фосфорных эфиров: глюкоза + АТФ (гексогиназа, глюкокиназа) → глюкоза-6ф + АДФ.5. Анаэробный гликолиз: понятие, этапы, последовательность реакций, регуляция, энергетический баланс. Катаболизм глюкозы в клетке может проходить как в аэробных, так и в анаэробных условиях, его основная функция - это синтез АТФ.Анаэробный гликолиз – сложный ферментативный процесс распада глюкозы, протекающий в тканях человека и животных без потребления кислорода. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота. В процессе гликолиза образуется АТФ. Суммарное уравнение гликолиза можно представить следующим образом: глюкозаC5H12O5 + 2АДФ + 2Фн→ молочная к-та2CH2CH(OH)COOH + 2АТФ + 2H2O. Анаэробный гликолиз отличается от аэробного только наличием последней 11 реакции, пер-вые 10 реакций у них общие. В любом гликолизе можно выделить 2 этапа. 1 этап подготовительный, в нем затрачивается 2 молекулы АТФ. Глюкоза фосфорилируется и расщепляется на 2 фосфотриозы. 2 этап, сопряжён с синтезом АТФ. На этом этапе фосфотриозы превращаются в ПВК. Энергия этого этапа используется для синтеза 10 молекул АТФ в аэробных условиях или 4 молекул АТФ в анаэробных условиях.I ферментативной реакцией гликолиза является фосфорилирование: глюкоза (гексокиназа)→ глюкозо-6-фосфат. II: глюкозо-6-фосфат (глюкозо-6-фосфатизомераза)↔ фруктозо-6-фосфат. III образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй молекулы АТФ: фруктозо-6-фосфат (6-фруктокиназа)→ фруктозо-1,6-бисфосфат. IV Под влиянием альдолазы фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две фосфотриозы: фруктозо-1,6-бисфосфат (альдолаза)↔ диоксиацетон-фостат + глицеральдегид-3-фосфат. V реакция – реакция изомеризации триозофосфатов: диоксиацетон-фостат (триозофосфатизомераза)↔ глицеральдегид-3-фосфат. Образованием глицеральдегид-3-фосфата как бы завершается I стадия гликолиза. I стадия – наиболее сложная и важная. Она включает окислительно-восстановительную реакцию (реакция гликолитической оксидоредукции), сопряженную с субстратным фосфорилированием, в процессе которого образуется АТФ. VI получаем 6 АТФ (окислительное фосфолирирование): глицеральдегид-3-фосфат + НАД + Н3РО4 (глицеральдегидфосфатдегидрогеназа)↔ 1,3-бисфосфоглицерат + НАД +Н+.VII. Получаем 2 АТФ (субстратное фосфорилирование): 1,3-бисфосфоглицерат + АДФ (фосфоглицераткиназа)→ 3-фосфоглицерат + АТФ. VIII. 3-фосфоглицерат (фосфоглюкомутаза)→ 2-фосфоглицерат. IX. 2-фосфоглицерат (енолаза)→ фосфоенолпируват. X. субстратное фосфорилирование: фосфоенолпируват + АДФ (пируваткиназа)→ ПВК. XI. восстановление пировиноградной кислоты и образуется молочная кислота: Пируват +НАДН+Н (лактатдегидрогеназа)→ Лактат + НАД.Энергетическая эффективность гликолиза в анаэробных условиях составляет 2 молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы.6. Аэробный гликолиз как первый, этап окисления моносахаридов в аэробных условиях до образования пирувата: понятие, этапы, последовательность реакций, регуляция, энергетический баланс. Катаболизм глюкозы в клетке может проходить как в аэробных, так и в анаэробных условиях, его основная функция - это синтез АТФ.Аэробным гликолизом называют процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, протекающий в присутствии кислорода. Все ферменты, катализирующие реакции этого процесса, локализованы в цитозоле клетки. В аэробном гликолизе можно выделить 2 этапа.1. Подготовительный этап, в ходе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется на две молекулы фосфотриоз. Эта серия реакций протекает с использованием 2 молекул АТФ.2. Этап, сопряжённый с синтезом АТФ. В результате этой серии реакций фосфотриозы превращаются в пируват. Энергия, высвобождающаяся на этом этапе, используется для синтеза 10 моль АТФ.I ферментативной реакцией гликолиза является фосфорилирование: глюкоза (гексокиназа)→ глюкозо-6-фосфат. II: глюкозо-6-фосфат (глюкозо-6-фосфатизомераза)↔ фруктозо-6-фосфат. III образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй молекулы АТФ: фруктозо-6-фосфат (6-фруктокиназа)→ фруктозо-1,6-бисфосфат. IV Под влиянием альдолазы фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две фосфотриозы: фруктозо-1,6-бисфосфат (альдолаза)↔ диоксиацетон-фостат + глицеральдегид-3-фосфат. V реакция – реакция изомеризации триозофосфатов: диоксиацетон-фостат (триозофосфатизомераза)↔ глицеральдегид-3-фосфат. Образованием глицеральдегид-3-фосфата как бы завершается I стадия гликолиза. I стадия – наиболее сложная и важная. Она включает окислительно-восстановительную реакцию (реакция гликолитической оксидоредукции), сопряженную с субстратным фосфорилированием, в процессе которого образуется АТФ. VI получаем 6 АТФ (окислительное фосфолирирование): глицеральдегид-3-фосфат + НАД + Н3РО4 (глицеральдегидфосфатдегидрогеназа)↔ 1,3-бисфосфоглицерат + НАД +Н+. VII. Получаем 2 АТФ (субстратное фосфорилирование): 1,3-бисфосфоглицерат + АДФ (фосфоглицераткиназа)→ 3-фосфоглицерат + АТФ. VIII. 3-фосфоглицерат (фосфоглюкомутаза)→ 2-фосфоглицерат. IX. 2-фосфоглицерат (енолаза)→ фосфоенолпируват. X. субстратное фосфорилирование: фосфоенолпируват + АДФ (пируваткиназа)→ ПВК. В результате аэробного окисления глюкозы образуется 38 (36) молекул АТФ, из них: 4 АТФ в реакциях субстратного фосфорилирования, 34 (32) АТФ в реакциях окислительного фосфорилирования. Если свободную энергию полного распада глюкозы 2880 кДж/моль срав-нить с энергией гидролиза высокоэнергетических связей 38 моль АТФ (38 моль АТФ * 50 кДж на моль АТФ = 1900 кДж), то КПД аэробного окисления составит 65%.7. Лактат и пируват: пути обмена, значение, реакции превращения в АцКоА и ЩУК, энергетический баланс окисления до CO2 и Н2О. Механизмы эффекта Пастера, значение. Энергетический баланс аэробного окисления моносахаридов. Лактатацидоз , причины формирования и профилактика. В аэробных условиях пируват поступает в митохондрии, где под действием пируватдегидрогиназного комплекса подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА. В пируват ДГ комплексе: [ПВК (пируватдегидрогеназа)→ Ацетил-КоА]. Далее Ацетил-КоА поступает в ЦТК, где он окисляется до 2 молекул СО2 с образованием 1 молекулы ГТФ, восстановлением 3 молекул НАДН2 и 1 молекулы ФАДН2. Пируваткарбоксилаза карбоксилирует ПВК до ЩУК.
Эффект Пастера - снижение скорости потребления глюкозы и прекращение накопления лактата в присутствии кислорода носит название эффекта Пастера. Значение эффекта состоит в переключении клетки на наиболее эффективный и экономичный путь получения энергии. В результате скорость потребления субстрата в присутствии кислорода снижается.
Катаболизм 1 глюкозы сопровождается затратой 2 молекул АТФ на субстратное фосфорилирование гексоз, образованием в реакциях субстратного фосфорилирования 4 молекул АТФ, восстановлением 2 молекул НАДН2 и синтезом 2 молекул ПВК. 2 цитоплазматические молекулы НАДН2, в зависимости от челночного механизма, дают в дыхательной цепи митохондрий от 4 до 6 молекул АТФ. Таким образом, конечный энергетический эффект аэробного гликолиза, в зависимости от челночного механизма, равен от 6 до 8 молекул АТФ.
Лактатацидоз - неспецифический синдром, развивающийся в ряде тяжёлых патологических состояний (СД), когда создаются предпосылки для повышенного образования и накопления в крови и периферических тканях молочной кислоты. Причины: заболевания, усиливающие анаэробный гликолиз с избыточным образованием и накоплением в тканях молочной кислоты; Шок; кровопотеря; сепсис; лейкозы; хронический алкоголизм. Профилактика состоит в предупреждении гипоксических состояний, рациональном контроле за компенсацией СД.
|
